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8/18/2019 fuente-de-corriente .pdf

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA - ELECTRÓNICA ANÁLOGA II - FUENTE DE CORRIENTE BJT - SÁNCHEZ - GUERRERO - RAMIREZ 1

Fuente de Corriente BJTUniversidad Nacional de Colombia Sede Bogotá

Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Sánchez Oscar L., Guerrero Anderson D., Ramirez Juan D.

[email protected]@unal.edu.co [email protected]

Abstract—En el siguiente documento, se observara el fun-cionamiento de las fuentes de corriente y que característicaspresentan de acuerdo al diseño ha implementar.

Index Terms—Fuentes de corriente, polarización.

INTRODUCCIÓN

Se abordara la importancia de polarizar etapas de amplifi-cación no con resistencias sino con transistores, y así lograrobservar las ventajas tanto en espacio y ganancia, de acuerdoal diseño de espejo de corriente implementado. Ademas comoestos presentan características de estabilidad térmica e in-diferencia a las constantes otorgadas por el fabricante. Pormedio de diseño y simulaciones se caracterizara cada modeloy comprobara los resultados teóricos, simulados y los llevadoa cabo en la practica, para tener un margen de precisión acercadel diferencias de los dispositivos de igual tipo, y los limitesde carga presente para encontrarse en la zona correcta de

operación.

I. MARCO TEÓRICO

Las Fuentes de corrientes especialmente los espejos sondispositivos electrónicos de vital importancia para optimizarespacio y tensiones de polarización, que conlleva la menorperdida de potencia y altas ganancias para circuitos amplifi-cadores. [1]

Fuente de Corriente con Zener y BJT

La utilización del diodo Zener para generar una fuente decorriente, es para propósitos de conseguir una tensión estándarV BE la cual fija una corriente de referencia que no dependatotalmente de la alimentación y por ende cualquier tipo devariación no afecte las caídas de tensión en los transistoresy sus disipación en potencia. Ademas de estabilizar la tem-peratura; característica otorgada por el coeficiente térmico deldiodo. [2]

Un ejemplo se observa en la siguiente figura:

Figura 1. Polarización con Zener [2]

Fuente de Corriente Espejo BásicoEn ellas se encuentra dos transistores en cascodo e indepen-

dientemente la carga conectada, tendrá una corriente constante.Uno de los transistores opera como un diodo al tener la mismatensión en base como en colector, logrando así fijar una tensiónigual para V BE 1 y V BE 2; trayendo como consecuencia unacorriente de referencia igual a la de salida. [2], [1]

El esquema básico de una fuente de corriente:

Figura 2. Fuente de corriente básica [2]

Fuente de Corriente Espejo Compensado en la Base

En este tipo de fuente se reduce la dependencia de losβ al conectar el emisor de un transistor a la bases de los


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dos transistores que se encuentran en cascodo, cada corrienteque entra a las bases esta divida por (β 3+1) 1 se evidenciaradesprecio de esta constante resultante de la geometría deldispositivo. [1]

Figura 3. Fuente de corriente con compensación [1]

A. Fuente de Corriente Espejo de Wilson

La innovación de una fuente de corriente de este tipo serealizo por el ingenio de George Wilson. Tecktronix presentaun modelo donde el β de los transistores no afecte al circuitopero aumenta la resistencia de salida 2 , a diferencia del modelocompensación de base. Un leve problema identificable en eldiseño es una corriente de offset ocasionado por una tensiónde colector- emisor diferente en los dos transistores, que puedeser corregida, colocando un diodo en serie en el transistor Q2.[1]

Esquema del modelo

Figura 4. Esquema de Tectronix [1]

1El lector puede comprobar la veracidad de las ecuaciones en la pagina650 capitulo 6 de Microelectronic Circuit by Sedra

2En la pagina 651- 652 del Microelectronic Circuit by Sedra se demuestrala relación de corrientes y resistencia de salida del diseño

II. DISEÑO

A. Fuente de corriente con diodo zener

Para esta fuente, se diseñó el circuito mostrado en la Figura5 con el fin de obtener una corriente en la carga de 11.7 mA.

Figura 5. Fuente de corriente con diodo Zener

B. Fuente de corriente espejo básico

La Figura 6 muestra el circuito diseñado para lograr unacorriente de carga de 15 mA, este valor de corriente se estimósin una resistencia de carga, al conectar una carga la corrienteva a variar dependiendo del valor de dicha carga.

Figura 6. Fuente de corriente espejo básico

C. Fuente espejo de corriente con base compensada

Figura 7. Fuente de corriente espejo con base compensada

La Figura 7 muestra el circuito que se diseñó para la fuenteespejo de corriente con base compensada con un valor detensión V cc = 10 V .


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D. Fuente espejo de Wilson

La Figura 8 muestra el circuito diseñado para la fuente decorriente espejo de Wilson. Este circuito está alimentado conuna corriente −V cc con un valor de −10 V .

Figura 8. Fuente de corriente espejo de Wilson

III. RESULTADOS

En la Tabla I se muestran los valores de corriente I o e I ref obtenidos al realizar las mediciones en las fuentes de corrientevariando la resistencia de carga.

Tabla IVALORES MEDIDOS DE CORRIENTE

RL - kΩ Espejo-mA Base-mA Wilson-mAValores I ref I o I ref I o I ref I o

0 9.08 15.52 8.5 11.7 8.31 7.090,1 9.08 14.83 8.47 11.33 8.31 7.09

0,22 9.08 14.13 8.47 10.97 8.31 7.090,33 9.08 13.52 8.47 10.63 8.31 7.090,47 9.08 12.82 8.47 10.27 8.31 7.090,56 9.08 12.22 8.47 10.03 8.31 7.09

1 9.08 9.08 8.47 8.47 8.31 7.072,2 9.08 4.51 8.45 4.41 8.3 4.163,3 9.1 3.03 8.45 2.99 8.28 2.815,1 9.1 1.97 8.44 1.72 8.28 1.836,8 9.11 1.47 8.44 1.37 8.28 1.3710 9.11 1.02 8.44 0.98 8.28 0.95

Fuente de Corriente con Zener y BJT

Figura 9. Resistencia de carga Vs Corriente en la carga

Esta fuente se implementó utilizando el diodo zener1N 4735 el cual tiene un voltaje zener V z = 6.2 V . Al variarla resistencia de carga con valores comprendidos entre 100 Ωy 3.3 kΩ, se obtuvo la gráfica mostrada en la Figura 9 de larelación entre resistencia de carga RL y corriente en la carga.En esta figura se observa que el circuito se comporta comouna fuente de corriente de valor constante hasta una resistenciade carga de 1 kΩ, a partir de este valor el transistor entra a lazona de saturación y la corriente presenta variaciones grandescon pequeños cambios en la resistencia de carga.

Fuente de Corriente Espejo Básico


La Figura 10 muestra la relación entre resistencia de cargay la corriente que circula por ella. En esta figura se observaque la corriente cambia al variar la resistencia de carga, estose debe a que la fuente de corriente de espejo básico es muysensible a pequeños cambios en el comportamiento de lostransistores.

En la Tabla I se muestran las corriente I ref e I o, para el

caso de la fuente espejo básico se observa que la corriente enla carga I o varía en función de la resistencia y solo obtieneun valor igual a I ref cuando la resistencia de carga es iguala la resistencia que produce la corriente de referencia I ref .

Fuente de Corriente Espejo Compensado en la Base


La relación entre resistencia de carga RL y corriente decarga I o para una fuente espejo de corriente con base compen-sada se muestra en la Figura 11. Este tipo de fuentes presentauna mayor estabilidad que el espejo básico. En cuanto a larelación entre la corriente de referencia I ref y la corriente decarga I o, se observa de la Tabla I que a partir de un valor


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de resistencia de carga mayor que la resistencia que producela corriente I ref , la corriente de carga presenta una variaciónmayor.

A. Fuente de Corriente Espejo de Wilson


La Figura 12 muestra la relación entre resistencia de carga

RL y corriente de carga I o para la fuente espejo de Wilson,es esta figura se observa que la corriente en la carga presentauna mayor estabilidad al variar la resistencia de carga encomparación con las otras fuentes. La corriente I o permanececonstante para valores de resistencia menor a la resistenciaque produce la corriente de referencia I ref , esto se debe quea partir de este valor o valores cercanos el transistor entraa estado de saturación presentando variaciones grandes decorriente para pequeños cambios en la resistencia de carga.

IV. CONCLUSIONES

Al trabajar con el integrado, no se tuvo en cuenta laconexión recomendada en la guía de conectar el pin 13 alnodo mas negativo de nuestro circuito, afectando nuestrasmedidas de corriente cuando se variaba la resistencia. Alobservar que este era el problema logramos ver la corrienteconstante otorgada por el espejo y cuyas variaciones eranmínimas cuando se cambiada de carga y principalmente elprimer diseño donde el zener trabaja hasta cierto tipo decorriente que define la resistencia de carga limite, a la cual lostransistores se encuentran en la zona activa para comportarsecomo una fuente de corriente.

De los tres tipos de fuente espejo de corriente montadas en

laboratorio se observó que la fuente espejo de Wilson presentauna mayor estabilidad ya que cuando la resistencia de cargaes menor que la resistencia de referencia, la corriente de en lacarga permanece constante, por lo tanto es importante teneren cuenta la polarización de los transistores ya que a partirque estos salen de la zona activa, la corriente en la cargapresenta variaciones apreciables.

Es necesario polarizar los transistores con una tensiónnegativa para polarizar el integrado con esta tensión ya que alpolarizarlo con una tensión positiva no funciona el integradopara obtener los resultados esperados.

REFERENCIAS

[1] Adel S. Sedra, Kenneth C.Smith, Microelectronic Circuits, 5ta Edi-ción, Oxford University, 2004, páginas 650-658.

[2] Universidad Técnica Federico Santa Maria, Tema 5 - Fuentes deCorriente y cargas Activas, Electrónica Básica para Ingenieros,Región de Valparaíso- Chile, 2001, paginas 86-100.

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